JP2019133879A - 水素タンク制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の水素タンクを水素タンクの数よりも少ない数のタンク制御コンピュータで制御する水素タンク制御システムを提供する。【解決手段】水素タンク制御システムは、ｎ本までの水素タンクを制御可能な複数のタンク制御コンピュータと、総タンク本数ｋを記憶している上位コンピュータを備えている。夫々のタンク制御コンピュータは、複数の番号設定端子であって端子の接続パターンで自身の識別番号ｐを特定する番号設定端子を備えている。夫々のタンク制御コンピュータは、上位コンピュータから送信される総タンク本数ｋに対して、総タンク本数ｋをｎで割った商ｓが自身の識別番号ｐ以上の場合は、自身が制御するタンク本数にｎを設定し、商ｓが識別番号ｐ−１の場合は、総タンク本数ｋをｎで割ったときの余ｑを、自身が制御するタンク本数に設定する。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、複数本の水素タンクを制御する水素タンク制御システムに関する。

近年、燃料電池車が注目されている。燃料電池車は、複数本の水素タンクを搭載している場合が多い。特許文献１には、４本の水素タンクを搭載した燃料電池車が開示されている。４本の水素タンクのバルブは、１個のコンピュータで制御される。

特開２０１７−０９６３４２号公報

例えば大型バスでは多数の水素タンクを搭載する。車種によって、搭載する水素タンクの本数が異なる。１本の水素タンクのバルブに１個のコンピュータを割り当てるのは、コストが嵩む。１個のコンピュータが複数本の水素タンクのバルブを制御できる方がよい。一方、１個のコンピュータが、多数の水素タンク（例えば２０本）のバルブを制御できる規模を有していると、そのようなコンピュータを数本しか水素タンクを搭載しない車両に利用するのは無駄が多い。車両が搭載する水素タンクの本数に応じて、数本の水素タンクのバルブを制御可能な複数のコンピュータを組み合わせて用いることが経済的である。

数本の水素タンクのバルブを制御可能な複数のコンピュータを組み合わせて用いる場合、夫々のコンピュータが、何本の水素タンクを制御するのかを特定する必要がある。複数のコンピュータの夫々に対して作業者が制御対象の水素タンクの本数を設定すればよいが、そのような作業を省けるように、夫々のコンピュータが、自身が制御すべき水素タンクの本数を自動で判別できるとよい。なお、水素タンクのバルブを制御するコンピュータを、以下ではタンク制御コンピュータと称する。

本明細書は、複数本の水素タンクのバルブを制御する水素タンク制御システムを開示する。水素タンク制御システムは、複数の水素タンクを、水素タンクの数よりも少ない数のタンク制御コンピュータで制御することができる。その水素タンク制御システムは、ｎ本までの水素タンクのバルブを制御可能な複数のタンク制御コンピュータと、タンク制御コンピュータと通信可能に接続されており、総タンク本数ｋを記憶している上位コンピュータを備えている。夫々のタンク制御コンピュータは、接続される抵抗値で複数のタンク制御コンピュータの中での自身の識別番号ｐを特定する番号設定端子、あるいは、複数の番号設定端子であって端子の接続パターンで自身の識別番号ｐを特定する番号設定端子を備えている。後者の場合、複数の番号設定端子は、夫々が二値（接続状態又は開放状態）のいずれかを示すビットに相当する。識別番号ｐを二進数で表し、その二進数に対応するように、複数の番号設定端子のいくつかをグランドに接続することで、識別番号ｐをそのタンク制御コンピュータに与えることができる。

さらに、夫々のタンク制御コンピュータは、上位コンピュータから送信される総タンク本数ｋに対して、総タンク本数ｋをｎで割った商ｓが自身の識別番号ｐ以上の場合は、自身が制御するタンク本数にｎを設定し、商ｓが識別番号ｐ−１の場合は、総タンク本数ｋをｎで割ったときの余ｑを、自身が制御するタンク本数に設定する。こうして、夫々のタンク制御コンピュータは、自身が制御すべきタンク本数を自動で判別できる。なお、商ｓが識別番号ｐ−１未満である場合は、そのタンク制御コンピュータは、総タンク本数ｋに対して余剰であるので、そのタンク制御コンピュータは何もしないでよい。

自身の識別番号ｐと制御すべきタンク本数が判明すれば、夫々のタンク制御コンピュータは、自身が何番目の水素タンクを制御すべきであるのかも判別できる。即ち、夫々のタンク制御コンピュータは、総タンク本数ｋをｎで割った商ｓが識別番号ｐ以上の場合は、（（ｐ−１）×ｎ＋１）番目から（ｐ×ｎ）番目の水素タンクが自身の制御対象の水素タンクであると特定し、商ｓが識別番号ｐ−１の場合は、（（ｐ−１）×ｎ＋１）番目から（（ｐ−１）×ｎ＋ｑ）番目の水素タンクが自身の制御対象であると特定することができる。上位コンピュータは、通信回線を使って全てのタンク制御コンピュータに、バルブを開くべき水素タンクの番号を送ればよい。そうすれば、夫々のタンク制御コンピュータが、自身が動作すべきであるか否かを判断し、該当するタンク制御コンピュータが、指定された番号の水素タンクのバルブを制御することができる。

上記したように、本明細書が開示する水素タンク制御システムは、上位コンピュータと通信可能に接続されているタンク制御コンピュータが自動で制御対象の水素タンクの本数を判別することができる。さらには、夫々のタンク制御コンピュータは、自身が何番目の水素タンクを制御するかを判別することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の水素タンク制御システムのブロック図である。 タンク制御コンピュータが自身の識別番号を認識する仕組みを説明する図である。 タンク制御コンピュータが自身の識別番号を認識する別の仕組みを説明する図である。 タンク制御コンピュータが自身の制御対象のタンク本数を判別するためのテーブルである。

図面を参照して実施例の水素タンク制御システム２を説明する。図１に、水素タンク制御システム２と、水素タンク制御システム２が制御する水素タンク６と、燃料電池２０のブロック図を示す。水素タンク制御システム２と水素タンク６と燃料電池２０は、燃料電池車に搭載されている。燃料電池車は、ｋ本の水素タンク６を搭載している。なお、ｋ本の水素タンクを区別することなく、いずれかの水素タンクを示す場合には、水素タンク６と表記し、第ｉ番目の水素タンクを示す場合には、水素タンク６（ｉ）と表記する。

燃料電池２０は、インジェクタ２１と燃料電池スタック２２を備えている。なお、燃料電池２０には、燃料電池スタック２２を制御するための他のデバイスを備えているが、それらは図示を省略した。ｋ本の水素タンク６は、燃料パイプ９を介して燃料電池２０のインジェクタ２１に送られる。インジェクタ２１は、水素ガスの圧力を調整して燃料電池スタック２２に供給する。各水素タンク６にはバルブ７が設けられている。バルブ７を開くことにより、水素タンク６から燃料電池２０へ水素ガスを供給することが可能となる。水素タンク制御システム２は、ｋ本の水素タンク６のバルブ７を制御する。

水素タンク制御システム２は、上位コンピュータ３と、ｓ個のタンク制御コンピュータ５が車内ＬＡＮ４で相互に通信可能に接続されたシステムである。複数のタンク制御コンピュータを区別することなく、いずれかのタンク制御コンピュータを示す場合には、タンク制御コンピュータ５と表記し、第ｉ番目のタンク制御コンピュータを示す場合には、タンク制御コンピュータ５（ｉ）と表記する。

夫々のタンク制御コンピュータ５は、３本まで、水素タンク６のバルブ７を制御することができる。上位コンピュータ３は、燃料電池車の全体を管理するコンピュータであり、水素タンク制御システム２のほか、燃料電池２０、その他、車両に関するデバイスを管理する。車両が走行中、上位コンピュータ３は、必要に応じて、バルブを開くべき水素タンクの番号を、複数のタンク制御コンピュータ５に指令する。上位コンピュータ３からタンク制御コンピュータ５への指令は、車内ＬＡＮ４を介して送信される。

例えば、上位コンピュータ３は、第ｒ番目の水素タンク６（ｒ）から第ｔ番目の水素タンク６（ｔ）まで、バルブ７を開くように、全てのタンク制御コンピュータ５に同時に指令する。複数のタンク制御コンピュータ５の夫々は、自身が何番目の水素タンク６を制御すべきかを予め特定しており、車内ＬＡＮ４を通じて受信したタンク番号が、自身の制御対象でない場合は、何もしない。他方、タンク制御コンピュータ５は、受信したタンク番号が自身の制御対象である場合、指令に応じて対象の水素タンク６のバルブ７を開く。バルブ７を閉じるときも同様の手順である。

複数のタンク制御コンピュータ５は、識別番号によって区別される。先に述べたように、夫々のタンク制御コンピュータ５は、３本まで、水素タンク６のバルブ７を制御することができる。第１タンク制御コンピュータ５（１）は、第１番目の水素タンク６（１）から第３番目の水素タンク６（３）のバルブ７を制御する。第２タンク制御コンピュータ５（２）は、第４番目の水素タンク６（４）から第６番目の水素タンク６（６）のバルブ７を制御する。第ｉタンク制御コンピュータ５（ｉ）は、第（（ｉ−１）×３＋１）番目から第（ｉ×３）番目までの水素タンクのバルブ７を制御する。

なお、水素タンク６の総本数は、３の倍数とは限らない。最後の識別番号のタンク制御コンピュータ５は、制御対象の水素タンクが１本あるいは２本の場合がある。図１の場合、最後の識別番号のタンク制御コンピュータ５（ｓ）は、２本の水素タンク６（ｋ−１）、６（ｋ）を制御する。なお、「ｋ」は、総タンク本数を表す。

それぞれのタンク制御コンピュータ５は、製造時は全て同じ構造を有しており、識別番号も与えられていない。夫々のタンク制御コンピュータ５は、車両に搭載され、信号ケーブル等が接続された後に、自身の識別番号を特定し、また、自身の制御対象の水素タンク数を特定する。さらに、それぞれのタンク制御コンピュータ５は、自身が制御する水素タンクの番号も自動的に判別する。以下、タンク制御コンピュータ５による、自身の識別番号を特定する仕組み、自身が制御する水素タンクの本数を特定する仕組み、自身の制御対象の水素タンクの番号を特定する仕組み、について説明する。

まず、図２を参照して、自身の識別番号を特定する仕組みについて説明する。夫々のタンク制御コンピュータ５は、４本の番号設定端子１２を備えている。作業者は、特定の番号設定端子１２をグランドに接続し、そのタンク制御コンピュータ５に識別番号を与える。４本の番号設定端子１２の夫々は、二進数のビットに対応する。タンク制御コンピュータ５は、グランドに接続された番号設定端子１２を「１」と認識し、開放されている番号設定端子１２を「０」と認識するようにプログラムされている。図２に示すように、ｂ０の番号設定端子１２のみがグランドに接続され、残りの番号設定端子１２（ｂ１−ｂ３）が開放されているタンク制御コンピュータ５は、自身の識別番号が「１」であると認識する。ｂ０とｂ１の番号設定端子１２がグランドに接続され、残りの番号設定端子１２（ｂ２、ｂ３）が開放されているタンク制御コンピュータ５は、自身の識別番号が「３」（二進数で「００１１」）であると認識する。また、ｂ０とｂ３の番号設定端子１２がグランドに接続され、残りの番号設定端子１２（ｂ１、ｂ２）が開放されているタンク制御コンピュータ５は、自身の識別番号が「９」（二進数で「１００１」）であると認識する。こうして、各タンク制御コンピュータ５は、自身の識別番号を特定する。夫々のタンク制御コンピュータ５は、起動時に番号設定端子１２の状態を確認し、自身の識別番号を特定する。

図３を参照して、番号識別端子の変形例を説明する。複数のタンク制御コンピュータ５５は、２本の番号設定端子１３を備えている。作業者は、２本の番号設定端子１３の間に、識別番号に対応した抵抗値を有する抵抗１４を接続する。夫々のタンク制御コンピュータ５５は、２本の番号設定端子１３の間の抵抗値を計測し、その抵抗値に応じて自身の識別番号を特定する。例えば、タンク制御コンピュータ５５には、抵抗値が１０オーム未満であれば識別番号が「１」であり、１０オーム以上２０オーム未満であれば識別番号が「２」であり、２０オーム以上３０オーム未満であれば識別番号が「３」であり、３０オーム以上４０オーム未満であれば識別番号が「４」である、というテーブルが予め記憶されている。夫々のタンク制御コンピュータ５は、起動時に番号設定端子１２の間の抵抗値を測定するとともに、記憶しているテーブルを参照して、測定した抵抗値に対応する識別番号を自身の識別番号として特定する。

次に、各タンク制御コンピュータ５が、自身が制御する水素タンク６の本数を特定する仕組みについて説明する。ここでは、識別番号が「ｐ」であるタンク制御コンピュータ５（ｐ）を例に説明する。タンク制御コンピュータ５（ｐ）は、上位コンピュータ３から送信される総タンク本数ｋを受信する。なお、上位コンピュータ３は、起動時に総タンク本数ｋを車内ＬＡＮ４を介して全てのタンク制御コンピュータ５に知らせる。

各タンク制御コンピュータ５は、上位コンピュータ３から送信される総タンク本数ｋに対して、次の算術式で自身が制御するタンク本数を特定する。なお、本実施例では、各タンク制御コンピュータ５が制御できる最大タンク本数は「３」である。タンク制御コンピュータ５は、総タンク本数ｋを３で割り、商ｓと余ｑを求める。タンク制御コンピュータ５は、商ｓが識別番号ｐ以上の場合は、自身が制御するタンク本数に「３」を設定する。タンク制御コンピュータ５は、商ｓが識別番号ｐ−１に等しい場合は、総タンク本数ｋをｎで割ったときの余ｑを、自身が制御するタンク本数に設定する。例えば、識別番号ｐ＝４のタンク制御コンピュータ５（４）が、総タンク本数ｋとして「１１」を受信した場合の制御対象のタンク本数は、次の通りである。即ち、１１（総タンク数）÷３（各タンク制御コンピュータ５が制御可能な本数）＝３余２であり、商ｓ（＝３）は識別番号ｐ（＝４）−１に等しいから、「２」（余ｑ）が、自身の制御対象のタンク本数となる。なお、商ｓが識別番号ｐ−１に等しく、さらに余がゼロの場合は、例外的に、識別番号ｐのタンク制御コンピュータ５（ｐ）は、制御対象の水素タンクを有さず、予備のコンピュータであると認識する。

タンク制御コンピュータ５（ｐ）が制御できる水素タンクの数がｎ本の場合は、以下の通りである。タンク制御コンピュータ５（ｐ）は、上位コンピュータ３から送信される総タンク本数ｋに対して、総タンク本数ｋをｎで割った商ｓが自身の識別番号ｐ以上の場合は、自身が制御するタンク本数にｎを設定する。タンク制御コンピュータ５（ｐ）は、商ｓが、自身の識別番号ｐから「１」を減じた値に等しい場合は、総タンク本数ｋをｎで割ったときの余ｑを、自身が制御するタンク本数に設定する。ただし、自身の識別番号ｐから「１」を減じた値に等しく、かつ、余ｑがゼロの場合、タンク制御コンピュータ５（ｐ）は、予備のコンピュータであると認識して何もしない。

自身の制御対象のタンク本数を得る仕組みの変形例として、各タンク制御コンピュータ５は、上記した算術式を予めテーブル（表）として記憶していてもよい。テーブルの例を図４に示す。識別番号ｐ＝４、総タンク本数ｋ＝１１の場合、図４のテーブルを参照して、自身の制御対象のタンク本数は２（図４にて丸を付した箇所）と判別することができる。図４のテーブルは、上記した算術式に等価である。

最後に、各タンク制御コンピュータ５が、自身の制御対象の水素タンク６の番号を特定する仕組みについて説明する。ここでは、各タンク制御コンピュータ５が制御可能なタンクの本数は「ｎ」であるとして説明する。また、タンク制御コンピュータ５の識別番号は「ｐ」であるとして説明する。

タンク制御コンピュータ５（ｐ）は、総タンク本数ｋをｎで割ったときの商ｓが、自身の識別番号ｐ以上の場合は、（（ｐ−１）×ｎ＋１）番目から（ｐ×ｎ）番目の水素タンクが自身の制御対象の水素タンクであると特定する。一方、タンク制御コンピュータ５（ｐ）は、商ｓが自身の識別番号ｐ−１に等しい場合は、（（ｐ−１）×ｎ＋１）番目から（（ｐ−１）×ｎ＋ｑ）番目の水素タンクが自身の制御対象であると特定する、「ｑ」は、総タンク本数ｋをｎで割ったときの商ｓの余を意味する。

図１を例に説明する。図１の場合、ｎ＝３であるから、例えば、第２番目のタンク制御コンピュータ５（２）は、第４番目の水素タンク６（４）から第６番目の水素タンク６（６）が制御対象であると特定することができる。自身の識別番号ｐ＝４、総タンク本数ｋ＝１１の場合、総タンク本数ｋ＝１１をｎ＝３で割った商ｓ＝３であり、ｐ−１＝ｎとなる。よって、第４番目のタンク制御コンピュータ５（４）は、第１０番目の水素タンク６（１０）と第１１番目の水素タンク６（１１）が、自身の制御対象の水素タンクであると特定することができる。

実施例の水素タンク制御システム２では、各タンク制御コンピュータ５が、自身の識別番号ｐと、自身が制御すべき水素タンクの本数を自動で特定することができる。さらに、各タンク制御コンピュータ５は、自身が何番目の水素タンクを制御するかを特定することができる。車両が走行中、上位コンピュータ３は、バルブを開くべき水素タンクの番号を車内ＬＡＮ４を使って全てのタンク制御コンピュータ５に通知する。夫々のタンク制御コンピュータ５は、受信した水素タンク６の番号から、自身が動作すべきであるか否かを判断し、該当するタンク制御コンピュータ５が、指定された番号の水素タンク６のバルブ７を制御する（開く）。水素タンク６のバルブ７を閉じる場合も同様の手順で実施される。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。識別番号１となったタンク制御コンピュータ５（１）は、複数のタンク制御コンピュータ５のマスタとして動作するようにプログラムされていてもよい。マスタのタンク制御コンピュータ５（１）は、例えば、水素ステーションから各水素タンク６に水素ガスを充填するときの圧力計測を担当する。

また、各水素タンク６に温度センサが備えられており、各タンク制御コンピュータ５は、自身の制御対象の水素タンク６の温度をモニタする機能（プログラム）を有していてもよい。

各タンク制御コンピュータ５が、自身の制御対象の水素タンク６の本数Ｘを特定するアルゴリズムは、一例として、以下のプログラム（ＢＡＳＩＣ言語）で実現することができる。
ｉｆ（ｋ≦（ｐ−１）×ｎ） ｔｈｅｎ Ｘ＝ｎ
ｅｌｓｅ ｉｎｔ（ｋ÷ｎ） ≧ ｐ ｔｈｅｎ Ｘ＝ ｍｏｄ（ｋ，ｎ）

上記プログラムにおいて、「ｋ」は総タンク本数を表しており、「ｐ」は自身の識別番号を表している。「ｎ」は１個のタンク制御コンピュータ５が制御可能なタンク本数を表している。「ｉｎｔ」は、ｋをｎで割ったときの解の整数部分（即ち「商」）を得る関数であり、「ｍｏｄ」は、ｋをｎで割ったときの商の余を得る関数である。

上位コンピュータ３は、バルブ７を開くべき水素タンク６をタンク制御コンピュータ５に送信するかわりに、タンク制御コンピュータの識別番号と、バルブ７を開くべき水素タンク６の本数をタンク制御コンピュータ５に送信するようにプログラムされていてもよい。その場合は、各タンク制御コンピュータ５は、自身が何番の水素タンク６を制御すべきかを特定する必要がない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：水素タンク制御システム
３：上位コンピュータ
４：車内ＬＡＮ
５、５５：タンク制御コンピュータ
６：水素タンク
７：バルブ
８：車内ＬＡＮ
９：燃料パイプ
１２、１３：番号設定端子
１４：抵抗
２０：燃料電池
２１：インジェクタ
２２：燃料電池スタック
５５：タンク制御コンピュータ
ｋ：総タンク本数
ｎ：タンク本数
ｐ：識別番号
ｑ：余
ｓ：商

Claims (2)

1. ｎ本までの水素タンクのバルブを制御可能な複数のタンク制御コンピュータと、
   複数の前記タンク制御コンピュータと通信可能に接続されており、総タンク本数ｋを記憶している上位コンピュータと、
   を備えており、
   夫々の前記タンク制御コンピュータは、
   接続される抵抗値で複数の前記タンク制御コンピュータの中での自身の識別番号ｐを特定する番号設定端子、あるいは、複数の番号設定端子であって端子の接続パターンで自身の識別番号ｐを特定する番号設定端子を備えているとともに、
   前記上位コンピュータから送信される総タンク本数ｋに対して、総タンク本数ｋをｎで割った商ｓが前記識別番号ｐ以上の場合は、自身が制御するタンク本数にｎを設定し、前記商ｓが前記識別番号ｐ−１に等しい場合は、総タンク本数ｋをｎで割ったときの余ｑを、自身が制御するタンク本数に設定する、水素タンク制御システム。
2. 夫々の前記タンク制御コンピュータは、前記商ｓが前記識別番号ｐ以上の場合は、（（ｐ−１）×ｎ＋１）番目から（ｐ×ｎ）番目の水素タンクが自身の制御対象の水素タンクであると特定し、前記商ｓが前記識別番号ｐ−１に等しい場合は、（（ｐ−１）×ｎ＋１）番目から（（ｐ−１）×ｎ＋ｑ）番目の水素タンクが自身の制御対象であると特定する、請求項１に記載の水素タンク制御システム。

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